JP4111075B2 - Wavelength conversion laser device - Google Patents

Description

だけ変化すると、光ファイバから波長変換素子に入射する基本波の波長帯域と波長変換素子で波長変換可能な波長帯域とが完全にずれ、高調波光を全く出力できなくなる問題点があった。
【０００５】
しかし、上記問題点に対応できるような従来技術は知られていない。
そこで、本発明の目的は、環境温度が変化しても安定して高調波光を出力することが出来る波長変換レーザ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、半導体発光素子と、グレーティング部を内部に形成した光ファイバと、前記半導体発光素子と前記光ファイバとで構成される光共振器から出射した光を入射光としその入射光の高調波光を出力する波長変換素子と、前記グレーティング部の温度Ｔｉを検知するための第１の温度検知手段と、前記波長変換素子の温度Ｔｃを検知するための第２の温度検知手段と、前記温度Ｔｉにおいて前記光ファイバから前記波長変換素子に入射する基本波の波長帯域に前記温度Ｔｃにおける前記波長変換素子の変換可能波長帯域が適合するように前記温度Ｔｉに応じて前記温度Ｔｃを制御する波長変換素子温度制御手段とを具備することを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
上記第１の観点による波長変換レーザ装置では、グレーティング部の温度Ｔｉの変化に起因して光ファイバから波長変換素子に入射する基本波の波長帯域が変化しても、その変化に追従するように、波長変換素子の温度Ｔｃを制御して波長変換素子の変換可能波長帯域を変化させる。従って、環境温度が変化しても安定して高調波光を出力することが出来る。
【０００７】
第２の観点では、本発明は、上記構成の波長変換レーザ装置において、前記光ファイバから前記波長変換素子に入射する基本波の波長帯域の温度係数がδλｉ[ｎｍ／℃]であり、前記波長変換素子の変換可能波長帯域の温度係数がδλｃ[ｎｍ／℃]であり、前記温度Ｔｃの変化量をΔＴｃ[℃]とし、前記温度Ｔｉの変化量をΔＴｉ[℃]としたとき、前記波長変換素子温度制御手段は、
ΔＴｃ＝（δλｉ／δλｃ）×ΔＴｉ
又は、
ΔＴｃ≒（δλｉ／δλｃ）×ΔＴｉ
が成り立つよう温度制御することを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
グレーティング部の温度変化ΔＴｉに対して波長変換素子の温度変化がΔＴｃであると、光ファイバから波長変換素子に入射する基本波の波長帯域がδλｉ×ΔＴｉだけ変化し、波長変換素子の変換可能波長帯域はδλｃ×ΔＴｃだけ変化する。ところが、上記第２の観点による波長変換レーザ装置では、ΔＴｃ＝（δλｉ／δλｃ）×ΔＴｉまたはΔＴｃ≒（δλｉ／δλｃ）×ΔＴｉであるから、δλｃ×ΔＴｃ＝δλｉ×ΔＴｉまたはδλｃ×ΔＴｃ≒δλｉ×ΔＴｉとなる。すなわち、波長帯域の変化量が一致または略一致する。従って、環境温度が変化しても安定して高調波光を出力することが出来る。
【０００８】
第３の観点では、本発明は、上記構成の波長変換レーザ装置において、前記光ファイバから前記波長変換素子に入射する基本波の波長帯域の温度係数がδλｉ＝０.０１[ｎｍ／℃]であり、前記波長変換素子の変換可能波長帯域の温度係数がδλｃ＝０.０６[ｎｍ／℃]であり、前記温度Ｔｃの変化量をΔＴｃ[℃]とし、前記温度Ｔｉの変化量をΔＴｉ[℃]とし、ｋ＝０.１〜０.２としたとき、前記波長変換素子温度制御手段は、
ΔＴｃ＝ｋ×ΔＴｉ
が成り立つよう温度制御することを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
グレーティング部の温度変化ΔＴｉに対して波長変換素子の温度変化がΔＴｃであると、光ファイバから波長変換素子に入射する基本波の波長帯域が０.０１×ΔＴｉだけ変化し、波長変換素子の変換可能波長帯域は０.０６×ΔＴｃだけ変化する。ところが、上記第３の観点による波長変換レーザ装置では、ΔＴｃ＝（０.１〜０.２）×ΔＴｉであるから、０.０６×ΔＴｃ＝０.０６×（０.１〜０.２）×ΔＴｉ＝（０.００６〜０.１２）×ΔＴｉとなり、波長帯域の変化量が一致または略一致する。従って、環境温度が変化しても安定して高調波光を出力することが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態にかかる波長変換レーザ装置１００を示す構成説明図である。
この波長変換レーザ装置１００は、光反射面１ａと光出射面１ｂとこれらの面で挟まれた領域に電流を注入することによりレーザ光を発生する半導体光増幅素子１と、半導体光増幅素子１が載置される載置板３３と、載置板３３を介して半導体光増幅素子１を温度制御するためのペルチエ素子３４と、半導体光増幅素子１で発生したレーザ光を集光するレンズ２と、内部にグレーティング部６を形成した光ファイバ３と、光ファイバ３から出射した光を集光するレンズ４と、レンズ４を介して入射された光の第２高調波光を出力する波長変換素子５と、波長変換素子５が載置される載置板３５と、載置板３５を介して波長変換素子５を温度制御するペルチエ素子４１と、グレーティング部６を挟む２カ所で光ファイバ３を保持する第１固定部１４及び第２固定部１５を有するグレーティング部伸張機構２０と、これらを格納する筐体１０と、グレーティング部６の温度Ｔｉを検知するための感温素子３１と、波長変換素子５の温度Ｔｃを検知するための感温素子３２と、波長変換素子５に入射する光の波長帯域に波長変換素子５の変換可能波長帯域が適合するように温度Ｔｉに応じて温度Ｔｃを制御する波長変換素子温度制御部４０とを備えている。
【００１１】
半導体光増幅素子１は、例えば波長が９００[ｎｍ]〜１１００[ｎｍ]の範囲のレーザ光を発生する。光反射面１ａには発生した光に対して高反射率となるコーティングが施され、光出射面１ｂには発生した光に対して低反射率となるコーティングが施されている。
【００１２】
光ファイバ３の入射側の端面３ａは、半導体光増幅素子１から出射した光がより多く入射するように、テーパ状またはくさび状に加工されていてもよい。この場合、レンズ２は不用である。
【００１３】
グレーティング部６は、光ファイバ３の一部に屈折率が周期的に変動するような加工を施して形成されている。例えば、エキシマレーザ等の紫外レーザをビームスプリッタで２光束に分け、異なる光路を通した後、光ファイバ上に重ね合わせて照射し、干渉縞を発生させ、紫外線強度に応じて生じる光ファイバのフォトリフラクティブ効果により、干渉縞と同じ間隔で周期的に屈折率を変動させることにより形成されている。グレーティングの周期および長さを適宜設定することにより、帯域幅，中心波長および反射率を自由に設定できる。
【００１４】
グレーティング部６は、例えば、０.６[ｎｍ]の帯域幅を持ち、９００[ｎｍ]〜１１００[ｎｍ]の間に中心波長λｉを持つ光のみを反射する。
【００１５】
グレーティング部伸張機構２０は、ベース２１と、そのベース２１上をスライドしうる移動ナット２２と、その移動ナット２２に螺合しているネジ棒２３と、そのネジ棒２３を手動または工具を用いて回転させうる操作部２４とを具備している。そして、第１固定部１４はベース２１に設けてあり、第２固定部１５は移動ナット２２に設けてある。第１固定部１４および第２固定部１５は、接着剤または半田付けなどにより、光ファイバ３を固定的に保持している。
【００１６】
操作部２４を回してネジ棒２３を回すと、移動ナット２２がベース２１上をスライドし、第１固定部１４と第２固定部１５の間隔が変わる。これにより、グレーティング部６が伸縮し、屈折率が変動する周期が変わり、光ファイバ３から波長変換素子５へと出射する光の中心波長λｉを調整できる。
【００１７】
半導体光増幅素子１とグレーティング部６とで光共振器が構成される。すなわち、半導体光増幅素子１を出射した光は、レンズ２で集光され、光ファイバ３の入射側端面３ａに入射される。光ファイバ３に入射した光は、グレーティング部６で決定される波長帯域の光が反射され、半導体光増幅素子１へ戻り、半導体光増幅素子１で増幅され、再び半導体光増幅素子１を出射し、光ファイバ３に入射する。これが繰り返されることにより、グレーティング部６で決定される波長帯域の光が光ファイバ３の出射側端面３ｂから出射される。
【００１８】
光ファイバ３の出射側端面３ｂから出射された光は、レンズ４で波長変換素子５の端面５ａに集光される。レンズ４には、反射防止膜が施されている。
【００１９】
波長変換素子５は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ_３、ＫＮｂＯ_３、ＫＴｉＯＰＯ_４、あるいはこれらに分極反転処理を施したものに、光導波路を形成したものである。波長変換素子５は、例えば波長９００[ｎｍ]〜１１００[ｎｍ]の光が入射することにより、その第２高調波である波長４５０[ｎｍ]〜５５０[ｎｍ]の光を発生する。
【００２０】
感温素子３１で検知した温度は、筐体１０内のグレーティング部６の近傍の温度であるが、グレーティング部６の温度Ｔｉとみなす。
感温素子３２で検知した温度は、載置板３５の温度であるが、波長変換素子５の温度Ｔｃとみなす。
感温素子３１および３２は、例えばサーミスタである。
【００２１】
波長変換素子温度制御部４０は、ペルチェ素子４１と、グレーティング部６の温度Ｔｉを電圧Ｖｉに変換する変換回路４２と、波長変換素子５の温度Ｔｃを電圧Ｖｃに変換する変換回路４３と、電圧Ｖｉに基準電圧Ｖｏを加算した電圧Ｖｓを出力する加算回路４４と、電圧Ｖｓと電圧Ｖｃの差に基づいてペルチェ素子４１の駆動電流Ｉｐを出力する駆動回路４５とを有している。
そこで、次の関係がある。
Ｖｉ＝Ａ１・Ｔｉ …（１）
Ｖｃ＝Ａ２・Ｔｃ …（２）
Ｖｓ＝Ｖｉ＋Ｖｏ …（３）
Ｉｐ＝Ａ３・（Ｖｓ−Ｖｃ） …（４）
なお、Ａ１，Ａ２，Ａ３は、変換係数である。
【００２２】
また、グレーティング部６の温度Ｔｉおよび波長変換素子５の温度Ｔｃが共に基準温度Ｔｏの時に、光ファイバ３から波長変換素子５に入射する基本波の波長帯域の中心波長λioと波長変換素子５で波長変換可能な波長帯域の中心波長λcoとが一致するなら、（１）〜（４）式で、Ｔｉ＝Ｔｃ＝Ｔｏ，Ｉｐ＝０となるから、整理すれば、次の関係がある。
０＝Ａ３・（Ａ１・Ｔｏ＋Ｖｏ−Ａ２・Ｔｏ） …（５）
【００２３】
図２は、波長変換素子温度制御部４０の制御ループを示すブロック図である。ブロックＢ１は、変換回路４２，変換回路４３，加算回路４４，駆動回路４５の変換関数を表している。この変換関数は、（１）〜（５）式より導くことが出来る。
ブロックＢ２は、ペルチェ素子４１における電流−温度変換関数を表している。この電流−温度変換関数は、Ａ４を変換係数として、次式で表されるものとする。
Ｔｃ＝Ａ４・Ｉｐ …（６）
【００２４】
（１）〜（６）式より、次式が導かれる。
ΔＴｃ＝ｋ・ΔＴｉ …（７）
ただし、
ΔＴｃ＝Ｔｃ−Ｔｏ …（８）
ΔＴｉ＝Ｔｉ−Ｔｏ …（９）
ｋ＝Ａ１・Ａ３・Ａ４／（１＋Ａ２・Ａ３・Ａ４） …（10）
とする。
【００２５】
ここで、光ファイバ３から波長変換素子５に入射する基本波の波長帯域の温度係数がδλｉ[ｎｍ／℃]であり、波長変換素子５の変換可能波長帯域の温度係数がδλｃ[ｎｍ／℃]であるとき、
ｋ＝δλｉ／δλｃ
又は、
ｋ≒δλｉ／δλｃ
が成立するように、変換係数Ａ１〜Ａ４を定める。
例えば、δλｉ＝０.０１[ｎｍ／℃]，δλｃ＝０.０６[ｎｍ／℃]であれば、
ｋ＝１／６
又は、
ｋ＝０.１〜０.２
が成立するように、変換係数Ａ１〜Ａ４を定める。
【００２６】
図３は、グレーティング部６の反射波長帯域（すなわち、光ファイバ３から波長変換素子５に入射する基本波の波長帯域）の温度特性と、ｋ＝１／６として温度制御したときの波長変換素子５の変換可能波長帯域の温度特性とを示している。
なお、グレーティング部６の反射波長帯域の温度係数δλｉ＝０.０１[ｎｍ／℃]，帯域幅は０.６［ｎｍ］、波長変換素子５の変換可能波長帯域の温度係数δλｃ＝０.０６[ｎｍ／℃]，帯域幅は０.１［ｎｍ］としている。
図３から判るように、温度Ｔｉに応じて温度Ｔｃが制御されているため、温度Ｔｉにおけるグレーティング部６の反射波長帯域に、温度Ｔｃにおける波長変換素子５の変換可能波長帯域が常に適合している。
【００２７】
−比較例−
図４は、グレーティング部６の反射波長帯域の温度特性と、温度制御しなかったとき（すなわち、常にＴｉ＝Ｔｃであるとき）の波長変換素子５の変換可能波長帯域の温度特性とを示している。
なお、グレーティング部６の反射波長帯域の温度係数δλｉ＝０.０１[ｎｍ／℃]，帯域幅は０.６［ｎｍ］、波長変換素子５の変換可能波長帯域の温度係数δλｃ＝０.０６[ｎｍ／℃]，帯域幅は０.１［ｎｍ］としている。
図４から判るように、温度Ｔｉ＝Ｔｃが基準温度Ｔｏから離れると、グレーティング部６の反射波長帯域に、波長変換素子５の変換可能波長帯域が適合しなくなってしまう。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の波長変換レーザ装置によれば、温度Ｔｉにおいて光ファイバから波長変換素子に入射する基本波の波長帯域に、温度Ｔｃにおける波長変換素子の変換可能波長帯域が適合するように、温度Ｔｉに応じて温度Ｔｃを制御するため、環境温度等の変化に拘わらず、常に安定した高調波出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る波長変換レーザ装置を示す構成説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る波長変換素子温度制御部の制御ループを示すブロック図である。
【図３】グレーティング部の反射波長帯域の温度特性と、ｋ＝１／６として温度制御したときの波長変換素子の変換可能波長帯域の温度特性を示す温度特性図である。
【図４】グレーティング部の反射波長帯域の温度特性と、温度制御しなかったときの波長変換素子の変換可能波長帯域の温度特性を示す温度特性図である。
【符号の説明】
１ 半導体光増幅素子
１ａ 光反射面
１ｂ 光出射面
２ レンズ
３ 光ファイバ
３ａ 入射側端面
３ｂ 出射側端面
４ レンズ
５ 波長変換素子
５ａ 端面
６ グレーティング部
１０ 筐体
２０ グレーティング部伸張機構
３１、３２ 感温素子
３３、３５ 載置板
３４、４１ ペルチエ素子
４０ 波長変換素子温度制御部
４１ ペルチエ素子
４２，４３ 変換回路
４４ 加算回路
４５ 駆動回路
１００ 波長変換レーザ装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wavelength conversion laser device, and more particularly to a wavelength conversion laser device that can stably output harmonic light even when the environmental temperature changes.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a semiconductor laser module in which a laser diode and an optical fiber having a grating portion formed therein are combined to stabilize the wavelength is known (see, for example, Patent Document 1).
Further, a technique for converting the wavelength of laser light whose wavelength is fixed by a grating portion into harmonic light by a wavelength conversion element is known (for example, see Patent Document 2).
Furthermore, even when the environmental temperature changes and the wavelength of the laser diode changes, a technique for obtaining a stable harmonic output by changing the temperature of the wavelength conversion element is known (for example, see Patent Document 3).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3120828 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3223648 [Patent Document 3]
JP-A-5-53163 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
The wavelength bandwidth of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber in which the grating portion is formed is, for example, 0.6 [nm], and the center wavelength λi of the wavelength band is, for example, δλi = 0 due to the temperature change of the grating portion. It changes at 0.01 [nm / ° C].
On the other hand, the wavelength bandwidth that can be converted by the wavelength conversion element is, for example, 0.1 [nm], and the center wavelength λc of the wavelength band is, for example, δλc = 0.06 [nm / ° C.] due to the temperature change of the wavelength conversion element. Change.
Therefore, when both the temperature of the grating section and the temperature of the wavelength conversion element are the reference temperature To, the center wavelength λi of the fundamental wavelength band incident on the wavelength conversion element from the optical fiber and the wavelength band that can be converted by the wavelength conversion element Even if the center wavelength λc matches, both the temperature of the grating section and the temperature of the wavelength conversion element change due to the change in the environmental temperature.

If only a change occurs, the wavelength band of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber completely shifts from the wavelength band that can be converted by the wavelength conversion element, and there is a problem that harmonic light cannot be output at all.
[0005]
However, there is no known prior art that can cope with the above problems.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a wavelength conversion laser device capable of stably outputting harmonic light even when the environmental temperature changes.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In a first aspect, the present invention relates to light emitted from an optical resonator composed of a semiconductor light emitting element, an optical fiber having a grating portion formed therein, and the semiconductor light emitting element and the optical fiber as incident light. A wavelength conversion element that outputs harmonic light of the incident light, a first temperature detection means for detecting the temperature Ti of the grating section, and a second temperature detection for detecting the temperature Tc of the wavelength conversion element And the temperature according to the temperature Ti so that the convertible wavelength band of the wavelength conversion element at the temperature Tc matches the wavelength band of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber at the temperature Ti. A wavelength conversion laser device comprising a wavelength conversion element temperature control means for controlling Tc is provided.
In the wavelength conversion laser device according to the first aspect, even if the wavelength band of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber changes due to the change in the temperature Ti of the grating portion, the change is followed. Then, the convertible wavelength band of the wavelength conversion element is changed by controlling the temperature Tc of the wavelength conversion element. Therefore, even when the environmental temperature changes, the harmonic light can be output stably.
[0007]
In a second aspect, the present invention provides the wavelength conversion laser device having the above-described configuration, wherein a temperature coefficient of a wavelength band of a fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber is δλi [nm / ° C.], and the wavelength When the temperature coefficient of the convertible wavelength band of the conversion element is δλc [nm / ° C.], the change amount of the temperature Tc is ΔTc [° C.], and the change amount of the temperature Ti is ΔTi [° C.], the wavelength The conversion element temperature control means
ΔTc = (δλi / δλc) × ΔTi
Or
ΔTc≈ (δλi / δλc) × ΔTi
The wavelength conversion laser device is characterized in that temperature control is performed so that
If the temperature change of the wavelength conversion element is ΔTc with respect to the temperature change ΔTi of the grating part, the wavelength band of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber changes by δλi × ΔTi, and the convertible wavelength of the wavelength conversion element The band changes by δλc × ΔTc. However, in the wavelength conversion laser device according to the second aspect, since ΔTc = (δλi / δλc) × ΔTi or ΔTc≈ (δλi / δλc) × ΔTi, δλc × ΔTc = δλi × ΔTi or δλc × ΔTc≈δλi × ΔTi. That is, the amount of change in the wavelength band matches or substantially matches. Therefore, even when the environmental temperature changes, the harmonic light can be output stably.
[0008]
In a third aspect, the present invention provides the wavelength conversion laser device having the above-described configuration, wherein a temperature coefficient of a wavelength band of a fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber is δλi = 0.01 [nm / ° C.]. And the temperature coefficient of the convertible wavelength band of the wavelength conversion element is δλc = 0.06 [nm / ° C.], the change amount of the temperature Tc is ΔTc [° C.], and the change amount of the temperature Ti is ΔTi [ ° C] and k = 0.1 to 0.2, the wavelength conversion element temperature control means
ΔTc = k × ΔTi
The wavelength conversion laser device is characterized in that temperature control is performed so that
If the temperature change of the wavelength conversion element is ΔTc with respect to the temperature change ΔTi of the grating part, the wavelength band of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber changes by 0.01 × ΔTi, and the conversion of the wavelength conversion element The possible wavelength band changes by 0.06 × ΔTc. However, in the wavelength conversion laser device according to the third aspect, ΔTc = (0.1 to 0.2) × ΔTi, and therefore 0.06 × ΔTc = 0.06 × (0.1 to 0.2). × ΔTi = (0.006 to 0.12) × ΔTi, and the amount of change in the wavelength band matches or substantially matches. Therefore, even when the environmental temperature changes, the harmonic light can be output stably.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
[0010]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a wavelength conversion laser device 100 according to an embodiment of the present invention.
This wavelength conversion laser device 100 includes a semiconductor optical amplification element 1 that generates laser light by injecting current into a light reflection surface 1a, a light emission surface 1b, and a region sandwiched between these surfaces, and a semiconductor optical amplification device 1 , A Peltier element 34 for controlling the temperature of the semiconductor optical amplifying element 1 via the mounting board 33, and a lens 2 for condensing the laser light generated by the semiconductor optical amplifying element 1. An optical fiber 3 having a grating portion 6 formed therein, a lens 4 for condensing the light emitted from the optical fiber 3, and a wavelength conversion element for outputting the second harmonic light of the light incident through the lens 4 5, a mounting plate 35 on which the wavelength conversion element 5 is mounted, a Peltier element 41 for controlling the temperature of the wavelength conversion element 5 via the mounting plate 35, and the optical fiber 3 at two positions sandwiching the grating portion 6. 1st fixed part to hold 4 and the grating part extending mechanism 20 having the second fixing part 15, the housing 10 for storing them, the temperature sensing element 31 for detecting the temperature Ti of the grating part 6, and the temperature Tc of the wavelength conversion element 5. Temperature sensing element 32 for detection, and wavelength conversion element temperature for controlling temperature Tc in accordance with temperature Ti so that the convertible wavelength band of wavelength conversion element 5 matches the wavelength band of light incident on wavelength conversion element 5 And a control unit 40.
[0011]
The semiconductor optical amplifying element 1 generates laser light having a wavelength in the range of 900 [nm] to 1100 [nm], for example. The light reflecting surface 1a is provided with a coating having a high reflectance with respect to the generated light, and the light emitting surface 1b is provided with a coating having a low reflectance with respect to the generated light.
[0012]
The incident-side end face 3a of the optical fiber 3 may be processed into a taper shape or a wedge shape so that more light emitted from the semiconductor optical amplification element 1 enters. In this case, the lens 2 is unnecessary.
[0013]
The grating portion 6 is formed by processing a part of the optical fiber 3 so that the refractive index periodically varies. For example, an ultraviolet laser, such as an excimer laser, is split into two light beams by a beam splitter, passes through different optical paths, and is superimposed on the optical fiber to generate interference fringes. It is formed by periodically changing the refractive index at the same interval as the interference fringes by the refraction effect. By appropriately setting the period and length of the grating, the bandwidth, center wavelength, and reflectance can be set freely.
[0014]
For example, the grating unit 6 has a bandwidth of 0.6 [nm] and reflects only light having a center wavelength λi between 900 [nm] and 1100 [nm].
[0015]
The grating portion extending mechanism 20 includes a base 21, a moving nut 22 that can slide on the base 21, a screw rod 23 that is screwed to the moving nut 22, and the screw rod 23 manually or using a tool. And an operation unit 24 that can be rotated. The first fixed portion 14 is provided on the base 21, and the second fixed portion 15 is provided on the moving nut 22. The 1st fixing | fixed part 14 and the 2nd fixing | fixed part 15 hold | maintain the optical fiber 3 fixedly with an adhesive agent or soldering.
[0016]
When the operating portion 24 is turned and the screw rod 23 is turned, the moving nut 22 slides on the base 21 and the interval between the first fixing portion 14 and the second fixing portion 15 changes. Thereby, the grating part 6 expands and contracts, the period in which the refractive index fluctuates changes, and the center wavelength λi of the light emitted from the optical fiber 3 to the wavelength conversion element 5 can be adjusted.
[0017]
The semiconductor optical amplifying element 1 and the grating unit 6 constitute an optical resonator. That is, the light emitted from the semiconductor optical amplifying element 1 is collected by the lens 2 and is incident on the incident side end face 3 a of the optical fiber 3. The light incident on the optical fiber 3 is reflected in the wavelength band determined by the grating unit 6, returns to the semiconductor optical amplifier 1, is amplified by the semiconductor optical amplifier 1, and then exits the semiconductor optical amplifier 1 again. , Enters the optical fiber 3. By repeating this, light in the wavelength band determined by the grating section 6 is emitted from the emission side end face 3 b of the optical fiber 3.
[0018]
The light emitted from the emission-side end face 3 b of the optical fiber 3 is collected by the lens 4 onto the end face 5 a of the wavelength conversion element 5. The lens 4 is provided with an antireflection film.
[0019]
The wavelength conversion element 5 is formed by, for example, forming an optical waveguide on LiNbO ₃ , MgO: LiNbO ₃ , LiTaO ₃ , MgO: LiTaO ₃ , KNbO ₃ , KTiOPO ₄ , or those obtained by subjecting these to polarization inversion processing. . For example, when light having a wavelength of 900 [nm] to 1100 [nm] is incident, the wavelength conversion element 5 generates light having a wavelength of 450 [nm] to 550 [nm] as the second harmonic.
[0020]
The temperature detected by the temperature sensing element 31 is a temperature in the vicinity of the grating section 6 in the housing 10, but is regarded as the temperature Ti of the grating section 6.
The temperature detected by the temperature sensing element 32 is the temperature of the mounting plate 35, but is regarded as the temperature Tc of the wavelength conversion element 5.
The temperature sensitive elements 31 and 32 are, for example, thermistors.
[0021]
The wavelength conversion element temperature control unit 40 includes a Peltier element 41, a conversion circuit 42 that converts the temperature Ti of the grating unit 6 into a voltage Vi, a conversion circuit 43 that converts the temperature Tc of the wavelength conversion element 5 into a voltage Vc, and a voltage An adder circuit 44 that outputs a voltage Vs obtained by adding a reference voltage Vo to Vi and a drive circuit 45 that outputs a drive current Ip of the Peltier element 41 based on the difference between the voltage Vs and the voltage Vc are provided.
Therefore, there is the following relationship.
Vi = A1 · Ti (1)
Vc = A2 · Tc (2)
Vs = Vi + Vo (3)
Ip = A3 · (Vs−Vc) (4)
A1, A2, and A3 are conversion coefficients.
[0022]
Further, when both the temperature Ti of the grating portion 6 and the temperature Tc of the wavelength conversion element 5 are the reference temperature To, the center wavelength λio of the fundamental wavelength band incident on the wavelength conversion element 5 from the optical fiber 3 and the wavelength conversion element 5 If the central wavelength λco of the wavelength band that can be wavelength-matched coincides with Ti (Tc = To, Ip = 0) in the equations (1) to (4), the following relationship can be obtained.
0 = A3 · (A1 · To + Vo−A2 · To) (5)
[0023]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a control loop of the wavelength conversion element temperature control unit 40. A block B1 represents conversion functions of the conversion circuit 42, the conversion circuit 43, the addition circuit 44, and the drive circuit 45. This conversion function can be derived from equations (1) to (5).
Block B <b> 2 represents a current-temperature conversion function in the Peltier element 41. This current-temperature conversion function is expressed by the following equation using A4 as a conversion coefficient.
Tc = A4 · Ip (6)
[0024]
From the equations (1) to (6), the following equation is derived.
ΔTc = k · ΔTi (7)
However,
ΔTc = Tc−To (8)
ΔTi = Ti−To (9)
k = A1, A3, A4 / (1 + A2, A3, A4) (10)
And
[0025]
Here, the temperature coefficient of the wavelength band of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element 5 from the optical fiber 3 is δλi [nm / ° C.], and the temperature coefficient of the convertible wavelength band of the wavelength conversion element 5 is δλc [nm / ° C. ]
k = δλi / δλc
Or
k≈δλi / δλc
The conversion coefficients A1 to A4 are determined so that.
For example, if δλi = 0.01 [nm / ° C.] and δλc = 0.06 [nm / ° C.],
k = 1/6
Or
k = 0.1-0.2
The conversion coefficients A1 to A4 are determined so that.
[0026]
FIG. 3 shows the temperature characteristics of the reflection wavelength band of the grating section 6 (that is, the wavelength band of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element 5 from the optical fiber 3), and the wavelength conversion element when the temperature is controlled with k = 1/6. 5 shows the temperature characteristics of 5 convertible wavelength bands.
Note that the temperature coefficient δλi of the reflection wavelength band of the grating section 6 is 0.01 [nm / ° C.], the bandwidth is 0.6 [nm], and the temperature coefficient δλc of the wavelength conversion element 5 that can be converted is δλc = 0.06. [nm / ° C.] and the bandwidth is set to 0.1 [nm].
As can be seen from FIG. 3, since the temperature Tc is controlled according to the temperature Ti, the convertible wavelength band of the wavelength conversion element 5 at the temperature Tc always matches the reflected wavelength band of the grating section 6 at the temperature Ti. Yes.
[0027]
-Comparative example-
FIG. 4 shows the temperature characteristic of the reflection wavelength band of the grating section 6 and the temperature characteristic of the convertible wavelength band of the wavelength conversion element 5 when temperature control is not performed (that is, when Ti = Tc is always satisfied). Yes.
Note that the temperature coefficient δλi of the reflection wavelength band of the grating section 6 is 0.01 [nm / ° C.], the bandwidth is 0.6 [nm], and the temperature coefficient δλc of the wavelength conversion element 5 that can be converted is δλc = 0.06. [nm / ° C.] and the bandwidth is set to 0.1 [nm].
As can be seen from FIG. 4, when the temperature Ti = Tc is away from the reference temperature To, the convertible wavelength band of the wavelength conversion element 5 does not match the reflected wavelength band of the grating section 6.
[0028]
【The invention's effect】
According to the wavelength conversion laser device of the present invention, the temperature is adjusted to the temperature Ti so that the wavelength band of the wavelength conversion element at the temperature Tc matches the wavelength band of the fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber at the temperature Ti. Since the temperature Tc is controlled accordingly, a stable harmonic output is always obtained regardless of changes in the environmental temperature or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a wavelength conversion laser device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a control loop of a wavelength conversion element temperature control unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a temperature characteristic diagram showing a temperature characteristic of a reflection wavelength band of a grating portion and a temperature characteristic of a wavelength band that can be converted by a wavelength conversion element when the temperature is controlled with k = 1/6.
FIG. 4 is a temperature characteristic diagram showing a temperature characteristic of a reflection wavelength band of a grating part and a temperature characteristic of a convertible wavelength band of a wavelength conversion element when temperature control is not performed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor optical amplification element 1a Light reflection surface 1b Light output surface 2 Lens 3 Optical fiber 3a Incident side end surface 3b Output side end surface 4 Lens 5 Wavelength conversion element 5a End surface 6 Grating part 10 Housing 20 Grating part expansion mechanism 31, 32 Elements 33 and 35 Mounting plates 34 and 41 Peltier element 40 Wavelength conversion element temperature control unit 41 Peltier elements 42 and 43 Conversion circuit 44 Addition circuit 45 Drive circuit 100 Wavelength conversion laser device

Claims (3)

A semiconductor light emitting element, an optical fiber having a grating portion formed therein, and a first fixing portion and a second fixing portion that hold the optical fiber at two positions sandwiching the grating portion, and changing the distance between the two, the grating a grating portion holding means capable of stretching a part, and the wavelength conversion element with light as the incident light to output a harmonic light of the incident light emitted from the optical resonator constituted by the said optical fiber and the semiconductor light emitting element, wherein A first temperature detecting means for detecting a temperature Ti of the grating part; a second temperature detecting means for detecting a temperature Tc of the wavelength converting element; and the wavelength converting element from the optical fiber at the temperature Ti. According to the temperature Ti so that the convertible wavelength band of the wavelength conversion element at the temperature Tc matches the wavelength band of the fundamental wave incident on The wavelength conversion laser device, characterized by comprising a wavelength conversion element temperature control means for controlling the temperature Tc. 2. The wavelength conversion laser device according to claim 1, wherein a temperature coefficient of a wavelength band of a fundamental wave incident on the wavelength conversion element from the optical fiber is δλi [nm / ° C.], and a convertible wavelength band of the wavelength conversion element Is a temperature coefficient of δλc [nm / ° C.], a change amount of the temperature Tc is ΔTc [° C.], and a change amount of the temperature Ti is ΔTi [° C.], the wavelength conversion element temperature control means
ΔTc = (δλi / δλc) × ΔTi
Or
ΔTc≈ (δλi / δλc) × ΔTi
A wavelength conversion laser device characterized in that temperature control is performed so that 3. The wavelength conversion laser device according to claim 2, wherein a temperature coefficient of a wavelength band of a fundamental wave incident from the optical fiber to the wavelength conversion element is δλi = 0.01 [nm / ° C.], and The temperature coefficient of the convertible wavelength band is δλc = 0.06 [nm / ° C.], the change amount of the temperature Tc is ΔTc [° C.], the change amount of the temperature Ti is ΔTi [° C.], and k = 0 In the case of 0.1 to 0.2, the wavelength conversion element temperature control means is
ΔTc = k × ΔTi
A wavelength conversion laser device characterized in that temperature control is performed so that

Images